磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像與CT圖像融合技術(shù)用于食道癌靶區(qū)勾畫的應(yīng)用價值

劉輝　時高峰　賈麗濤　李敏　邵嫻

050011　石家莊市，河北醫(yī)科大學(xué)第四醫(yī)院(劉輝、時高峰、賈麗濤、李敏)；河北省石家莊市第四醫(yī)院(邵嫻)

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·論著·

磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像與CT圖像融合技術(shù)用于食道癌靶區(qū)勾畫的應(yīng)用價值

劉輝時高峰賈麗濤李敏邵嫻

050011石家莊市，河北醫(yī)科大學(xué)第四醫(yī)院(劉輝、時高峰、賈麗濤、李敏)；河北省石家莊市第四醫(yī)院(邵嫻)

【摘要】目的本研究探討應(yīng)用于食道癌大體腫瘤靶區(qū)勾畫的最佳醫(yī)學(xué)影像方法，并研究其應(yīng)用價值。方法35例行食道癌根治術(shù)的患者，手術(shù)前分別行CT、磁共振T2加權(quán)像、擴(kuò)散加權(quán)像(b=800 s/mm2),分別勾畫三種方法的食道癌大體腫瘤靶區(qū)(GTV)，測量的GTV長度分別與手術(shù)后標(biāo)本長度進(jìn)行比較。結(jié)果患者食道癌病灶A(yù)DC值為(1.44±0.31)×10(-3) mm2/s。手術(shù)后標(biāo)本病灶長度為(41.55±16.63)mm，手術(shù)前CT、磁共振T2加權(quán)像、擴(kuò)散加權(quán)像(DWI)所測量的GTV長度分別為(46.11±17.39)mm、(45.31±19.73)mm、(41.13±17.56)mm，其相關(guān)系數(shù)分別為0.735、0.832、0.941。DWI與CT圖像能很好融合，并能清晰顯示病灶范圍。結(jié)論用擴(kuò)散加權(quán)圖像勾畫食道癌GTV,所測量病灶長度能準(zhǔn)確反映病灶真實情況；擴(kuò)散加權(quán)圖像與CT圖像融合更有利于食道癌病灶GTV的勾畫。

【關(guān)鍵詞】食道腫瘤；擴(kuò)散加權(quán)成像；放療；大體腫瘤體靶區(qū)

食道癌是威脅人類健康的常見消化道腫瘤，起源于食道黏膜上皮。我國是食道癌的高發(fā)國家，每年約有20萬的死亡病例以及超過22萬的新發(fā)病例[1]。隨著衛(wèi)生事業(yè)的發(fā)展及人民生活水平的提高，食道癌患者的病死率有所下降。但是食道癌的發(fā)病率以及死亡率仍然高于世界平均水平[1]。尤其是在農(nóng)村地區(qū)，由于欠缺衛(wèi)生資源，食道癌的患者不能得到很好的救治[1]。食道癌的治療手段很多，但是對于那些不具有手術(shù)適應(yīng)證的食道癌患者，放射治療可以作為一種有效的非手術(shù)治療手段被廣泛應(yīng)用。食道癌患者經(jīng)過放射治療后食道癌腫瘤體積會明顯縮小、患者癥狀會明顯改善。但是放射治療后是否能夠達(dá)到預(yù)期效果取決于有食道癌大體腫瘤靶區(qū)(gross tumor volume,GTV)的勾畫是否準(zhǔn)確。目前應(yīng)用于食道癌GTV勾畫的影像學(xué)方法很多，何種醫(yī)學(xué)影像方法能準(zhǔn)確顯示食道癌腫瘤的范圍至關(guān)重要。 目前應(yīng)用于勾畫食道癌GTV的主要影像學(xué)方法是CT，其圖像上食道癌病灶長度的確定主要依靠食道管壁厚度的變化。但是這種方法也存在一些問題。如CT圖像上不易區(qū)分正常食道與食道癌病灶的界限；如食道癌常伴有食道的水腫、潰瘍等炎性反應(yīng)，易造成正常食道管壁的增厚，是正常增厚的食道管壁與食道癌增厚的管壁不易區(qū)分。因此利用CT勾畫GTV時，不能準(zhǔn)確勾畫食道癌病灶的長度及真實范圍，有一定局限性。磁共振成像作為一種無創(chuàng)性的檢查手段，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于人體其他部位的檢查。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步磁共振的T2加權(quán)像、擴(kuò)散加權(quán)圖像在食道方面的應(yīng)用也體現(xiàn)出了它的優(yōu)勢。尤其是擴(kuò)散加權(quán)圖像能夠從微觀水分子運(yùn)動角度顯示食道病變，將我們的視野從宏觀帶到了微觀。本研究對比了CT、磁共振T2加權(quán)圖像以及擴(kuò)散加權(quán)圖像所測量的食道癌GTV勾畫的長度與手術(shù)標(biāo)本長度的對照。探討應(yīng)用于食道癌GTV勾畫的最佳醫(yī)學(xué)影像方法。

1資料與方法

1.1一般資料收集2015年3～8月在河北醫(yī)科大學(xué)第四醫(yī)院行食道癌根治術(shù)的患者35例，其中男21例，女14例；年齡44～68歲，平均年齡(57.3±2.7)歲?；颊咝g(shù)前均為食道癌且病理證實，均行食道癌根治術(shù)；手術(shù)前未使用化療藥物；手術(shù)前分別行CT、磁共振T2加權(quán)像、磁共振擴(kuò)散加權(quán)像(b=800 s/mm2)掃描。

1.2影像學(xué)檢查準(zhǔn)備患者進(jìn)行影像學(xué)檢查前均禁食4 h，以減少食物殘渣對圖像質(zhì)量的影響。檢查前訓(xùn)練患者呼吸、告知患者掃描過程中注意事項比如禁止吞咽動作等。各項檢查中體位保持一致。各項檢查前患者體溫屬于正常人體體溫范圍。磁共振掃描前去除體表一切金屬物質(zhì)，減少對于磁場均勻度的影響。

1.3磁共振掃描方法T2-FSE-2D軸掃序列：TR=1 700 ms、TE=70 ms；FA=130°；FOV=350 mm×350 mm；矩陣=418×418；NEX=2；層厚=3.5 mm；層間隔=1 mm。DWI-2D軸掃序列：TR=6 800 ms、TE=70 ms； FOV=350 mm×350 mm；矩陣=256×256；NEX= 10；層厚=3.5 mm；層間隔=0.5 mm;b值=800 s/mm2。

1.4標(biāo)本病灶長度測量患者均行食道癌根治術(shù)，術(shù)中切除病變后，立即沿食道長軸縱向切開。兩端固定，將標(biāo)本牽拉至原長度，測量病灶長度并記錄。

1.5GTV長度測量于不同影像學(xué)方法所得圖像上勾畫GTV并測量長度。CT以食道壁的測量厚度>5 mm 作為標(biāo)準(zhǔn)。T2圖像上也以食道壁的測量厚度>5 mm作為標(biāo)準(zhǔn)。磁共振擴(kuò)散加權(quán)圖像上以食道壁信號增高作為勾畫GTV的標(biāo)準(zhǔn)。

1.6病變表觀擴(kuò)散系數(shù)(ADC)值測量將磁共振擴(kuò)散加權(quán)圖像導(dǎo)入西門子后處理工作站計算ADC圖，于ADC圖上選取食道癌病灶顯示最優(yōu)的位置測量腫瘤ADC值。選取過程中盡量避開壞死組織，避開骨質(zhì)及鄰近血管，保證所測量ADC值的準(zhǔn)確性。

1.7圖像融合方法將相同患者的不同影像學(xué)檢查圖像導(dǎo)入西門子后處理工作站，利用西門子后處理圖像融合軟件，融合相同患者不同影像學(xué)方法所得圖像，并且保存圖像。

1.8統(tǒng)計學(xué)分析應(yīng)用SPSS 19.0統(tǒng)計軟件，采用Pearson法對不同影像學(xué)方法所勾畫GTV長度與術(shù)后標(biāo)本長度相關(guān)性進(jìn)行分析。

2結(jié)果

2.1病灶A(yù)DC值患者行磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像掃描b值選取為800 s/mm2。所測量的食道癌病灶A(yù)DC值為(1.44±0.31)×10-3mm2/s 。

2.2相關(guān)性比較患者不同影像學(xué)方法所勾畫GTV長度與術(shù)后標(biāo)本長度(41.55±16.63)mm的相關(guān)性比較，結(jié)果顯示磁共振擴(kuò)散加權(quán)圖像上所勾畫GTV長度與術(shù)后標(biāo)本長度的相關(guān)性最強(qiáng)。見表1。

表1　不同影像學(xué)方法下GTV與術(shù)后標(biāo)本長度相關(guān)性

2.3圖像融合CT圖像不能很好的顯示病變邊界。磁共振擴(kuò)散加權(quán)圖像對于解剖結(jié)構(gòu)的顯示不及CT。磁共振擴(kuò)散加權(quán)圖像與CT圖像融合既能很好的顯示解剖結(jié)構(gòu)又能很好的顯示腫瘤的真實邊界，更有利于靶區(qū)的勾畫。見圖1、2。

3討論

食道癌是危害人類健康的消化道疾病[2]。對于沒有手術(shù)指癥的食道癌患者，放射治療是一種可選的有效手段。經(jīng)過放射治療后食道癌病灶會顯著縮小、患者癥狀好轉(zhuǎn)。但是是否能夠準(zhǔn)確的確定食道癌腫瘤范圍，是能否精確放療的前提，也是放射治療能否有效

圖1 CT不能較好顯示病變邊界 圖2 磁共振擴(kuò)散加權(quán)圖像與CT圖像融合能很好的顯示解部結(jié)構(gòu)及腫瘤的真實邊界

殺滅癌細(xì)胞、緩解癥狀的關(guān)鍵。因此確定一種最有效、最準(zhǔn)確的影像學(xué)方法來勾畫食道癌的精確范圍至關(guān)重要。雖然食道造影及食道鏡是公認(rèn)的能夠準(zhǔn)確顯示食道癌病灶長度的手段，但是這些手段不能與制定放射治療計劃的CT圖像進(jìn)行很好的融合，因此不能應(yīng)用于食道癌GTV的勾畫。

目前應(yīng)用于勾畫食道癌GTV的主要影像學(xué)方法是CT，其圖像上食道癌病灶長度的確定主要依靠食道管壁厚度的變化。但是這種方法也存在一些問題。比如CT圖像上不易區(qū)分正常食道與食道癌病灶的界限；比如食道癌常伴有食道的水腫、潰瘍等炎性反應(yīng)，易造成正常食道管壁的增厚，是正常增厚的食道管壁與食道癌增厚的管壁不易區(qū)分[3]。因此利用CT勾畫GTV時，不能準(zhǔn)確勾畫食道癌病灶的長度及真實范圍，有一定局限性。本研究結(jié)果顯示手術(shù)后標(biāo)本病灶長度為(41.55±16.63)mm，手術(shù)前CT測量的GTV長度為(46.11±17.39)mm，其相關(guān)系數(shù)為0.735。因此本研究著眼于磁共振成像是否能夠更準(zhǔn)確的勾畫食道癌GTV的勾畫。

伴隨著磁共振成像技術(shù)的長足發(fā)展，掃描時間進(jìn)一步縮短，心臟運(yùn)動及呼吸運(yùn)動造成的偽影進(jìn)一步減少，圖像的信噪比進(jìn)一步提高使磁共振成像在胸部的應(yīng)用逐漸成為了可能。常規(guī)磁共振圖像比如T2像也可以應(yīng)用于食道癌GTV勾畫。但T2圖像容易夸大食道癌病灶范圍，原因在于食道癌病灶在T2像上表現(xiàn)為高信號，水腫在T2像上也表現(xiàn)為高信號，測量過程容易造成誤判。本研究結(jié)果顯示手術(shù)后標(biāo)本病灶長度為(41.55±16.63)mm，手術(shù)前磁共振T2加權(quán)像所測量的GTV長度為(45.31±19.73)mm，其相關(guān)系數(shù)為0.832。在本研究所得數(shù)據(jù)中并非最精確的用于食道癌GTV勾畫的最佳影像學(xué)方法。

磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像通過測量細(xì)胞間隙水分子的擴(kuò)散運(yùn)動的變化，反應(yīng)組織細(xì)胞密度變化、組織空間結(jié)構(gòu)變化，從而判斷組織的病理變化。利用這些特性，擴(kuò)散加權(quán)成像可以能夠早期發(fā)現(xiàn)腫瘤性病灶，能夠準(zhǔn)確的顯示腫瘤性病灶的范圍。腫瘤組織的細(xì)胞密度較正常組織大，而且由于腫瘤細(xì)胞的多型性，導(dǎo)致細(xì)胞間隙較正常細(xì)胞變窄，水分子的擴(kuò)散運(yùn)動受限制，因此腫瘤組織在擴(kuò)散加權(quán)圖像上表現(xiàn)為高信號。鐘偉珍等[4]研究表明子宮內(nèi)膜癌在磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像上表現(xiàn)為高信號。鄧凱等[5]研究也表明子宮內(nèi)膜癌在磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像上表現(xiàn)為高信號。閔祥德等[6]研究表明前列腺癌在磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像上表現(xiàn)為高信號。唐磊等[7]研究表明胃腸間質(zhì)瘤在磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像上表現(xiàn)為高信號。張森等[8]研究表明直腸癌淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移在磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像上表現(xiàn)為高信號。秦全波[9]研究表明腹部腫瘤性淋巴結(jié)在磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像上表現(xiàn)為高信號。本研究利用食道癌病灶在磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像上表現(xiàn)為高信號的原理來勾畫食道癌大體腫瘤體積。結(jié)果顯示術(shù)后標(biāo)本病灶長度為(41.55±16.63)mm，手術(shù)前擴(kuò)散加權(quán)像所測量的GTV長度為(41.13±17.56)mm，其相關(guān)系數(shù)為0.941。比較這幾種醫(yī)學(xué)影像學(xué)方法，磁共振擴(kuò)散加權(quán)圖像能最準(zhǔn)確反映食道癌病灶的真實長度和范圍。

b值是擴(kuò)散敏感因子，作為擴(kuò)散加權(quán)成像的重要參數(shù)，對成像結(jié)果至關(guān)重要。研究表明過小的b值受T2穿透效應(yīng)、灌注等因素的影響較大，不能準(zhǔn)確的顯示腫瘤范圍。過大的b值容易引起擴(kuò)散加權(quán)圖像信噪比降低、磁敏感偽影的加重。李彩霞等[10]發(fā)現(xiàn)當(dāng)骨髓b值選擇1 500 s/mm2時，所得到的磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像信噪比較差，不能反映真實的ADC值。龔志高[11]研究發(fā)現(xiàn)正常肝組織的信號隨著b值的增加而緩慢性減低。江婷等[12]在肝細(xì)胞癌的研究中將磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像的b值選取為600 s/mm2。林宇寧等[13]在宮頸癌的研究中將磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像的b值選取為800 s/mm2，得到了很好的實驗結(jié)果。謝宗玉等[14]在乳腺侵潤性導(dǎo)管癌的研究中將磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像的b值設(shè)定為1 000 s/mm2，得到了很好的實驗結(jié)果。本研究將用于食道癌掃描的磁共振擴(kuò)散加權(quán)圖像b設(shè)定為800 s/mm2能夠獲得高質(zhì)量的圖像，與其他研究[10-14]結(jié)果一致。

但我們分析磁共振擴(kuò)散圖像時，發(fā)現(xiàn)多種因素會影響圖像的定量測量結(jié)果，比如患者溫度的影響、血液灌注的影響等多種因素。出于這個原因常用ADC值來定量的評估組織擴(kuò)散的結(jié)果。通過檢測施加擴(kuò)散敏感梯度場前后的信號強(qiáng)度，在已知b值的前提下，可以通過計算得到組織的表觀擴(kuò)散系數(shù)。但是在磁共振擴(kuò)散加權(quán)圖形上造成組織信號衰減的因素不單單是水分子的擴(kuò)散運(yùn)動，任何原因?qū)е滤肿釉跀U(kuò)散敏感梯度場方向上各種形式的運(yùn)動都將造成組織信號的衰減。SE-EPI由于具有采集很快的掃描速度，基本可以消除大多數(shù)的組織生理運(yùn)動，但始終沒有辦法消除血流灌注對組織信號衰減的影響。因此測量磁共振擴(kuò)散加權(quán)圖像上組織信號強(qiáng)度的變化，所得數(shù)值并非是真正的擴(kuò)散系數(shù)，因為會受到其他形式水分子運(yùn)動的影響。所以只能把測量到的擴(kuò)散系數(shù)稱為表觀擴(kuò)散系數(shù)(ADC)。計算公式：ADC=ln(SI低/SI高)/(b高-b低)。公式內(nèi)SI低表示較低b值磁共振擴(kuò)散加權(quán)圖像上組織的信號強(qiáng)度，SI高表示較高b值磁共振擴(kuò)散加權(quán)圖像上組織的信號強(qiáng)度，b低表示較低b值數(shù)，b高表示較高b值數(shù)，ln是自然對數(shù)。從公式中可以得出，要想計算得到組織的ADC值至少需要利用2個以上不同的b值。本研究發(fā)現(xiàn)磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像是應(yīng)用于食道癌GTV勾畫的最佳醫(yī)學(xué)影像學(xué)方法，因此也將食道癌病灶的ADC值作為一種觀測指標(biāo)，進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)處理。該組患者行磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像掃描b值選取為800 s/mm2。所測量的食道癌病灶A(yù)DC值為(1.44±0.31)×10-3mm2/s 。

本研究發(fā)現(xiàn)磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像是應(yīng)用于食道癌GTV勾畫的最佳醫(yī)學(xué)影像學(xué)方法，它能準(zhǔn)確反映食道癌病灶的真實長度和范圍，但是受限于擴(kuò)散加權(quán)圖像的空間分辨率，在顯示組織大體解剖結(jié)構(gòu)及病灶與周圍臟器關(guān)系上有一定局限性。由于CT的高空間分辨率，尤其在顯示組織結(jié)構(gòu)方面的優(yōu)越性。因此本研究將擴(kuò)散加權(quán)圖像與CT圖像進(jìn)行融合，將融合后的圖像用于食道癌大體腫瘤靶區(qū)的勾畫。這樣既利用了擴(kuò)散加權(quán)圖像精確顯示食道癌腫瘤范圍的特性，又利用了CT掃描能夠清晰顯示解剖結(jié)果的特性，是食道癌GTV勾畫的最佳方案。

放射治療是食道癌非手術(shù)治療的重要手段。通過比較幾種常用的醫(yī)學(xué)影像學(xué)方法，發(fā)現(xiàn)磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像是一種最佳的應(yīng)用于食道癌大體腫瘤勾畫的方法。本研究又發(fā)現(xiàn)將磁共振擴(kuò)散加權(quán)圖像與CT圖像相融合，將所得到的圖像應(yīng)用于食道癌大體腫瘤靶區(qū)勾畫，即應(yīng)用磁共振擴(kuò)散加權(quán)圖像能夠準(zhǔn)確顯示腫瘤范圍的優(yōu)勢，又應(yīng)用了CT圖像高空間分辨率的優(yōu)勢。將二者結(jié)合是應(yīng)用于食道癌大體腫瘤靶區(qū)勾畫的最佳方法。

本研究發(fā)現(xiàn)磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像的ADC值能夠定量分析腫瘤組織的擴(kuò)散情況。為臨床定量的分析腫瘤情況提供了新的思路。本研究認(rèn)為磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像的ADC值在腫瘤的定性診斷、療效評估方面定會有巨大的應(yīng)用價值。本研究并未討論ADC值對于食道癌定性價值及放療療效的評估價值，這也正是本研究的不足。當(dāng)然也為后續(xù)的研究提示了思路，磁共振擴(kuò)散加權(quán)成像在食道癌定性及放療療效評估方面的價值必將作為本實驗的后續(xù)研究方向。

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(收稿日期：2015-12-07)

【中圖分類號】R 735.1

【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A

【文章編號】1002-7386(2016)09-1348-04

通訊作者：邵嫻，050021河北省石家莊市第四醫(yī)院；

doi:10.3969/j.issn.1002-7386.2016.09.021

E-mail:liujiayi20080219@126.com